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鋰離子電池作為常見的儲能和動力裝置在生產生涯中獲得了廣泛應用，但其在濫用條件下會引發熱掉控，對其平安性的研討很有需要。熱掉控仿真因其獨有的優勢，成為研討鋰離子電池熱掉控的主要手腕。本文通過對近期文獻的研討，從熱掉控仿真、熱舒展仿真以及熱掉控仿真的應用三個方面對熱掉控仿真的研討現狀進行了總結。著重介紹了分歧誘因甜心寶貝包養網(熱濫用、機械濫用和電濫用)導致熱掉控的產熱機理和仿真方式包養一個月價錢，電池組內熱舒展仿真的研討現狀和若何克制熱舒展以及對熱掉控預測方式的研討。當前的熱掉控模子已經具有較好的精確度，可以模擬出電池發生熱掉控時重要的放熱副反應，但電池內部非常復雜，混雜了化學反應和物理變化，相關參數難以測量和計算，是以鋰離子電池熱掉控仿真還需進一個步驟研討。
（本文來源：微信公眾號“儲能科學與技術”ID:esst2012）
隨著化石燃料資源乾涸和環境保護包養網意識的加強，新動力在生產生涯中飾演著主要的腳色，電池作為常用的儲能和動力裝置，獲得了長足的發展。鋰離子電池因其能量密度高、應用壽命長、無記憶效應、可疾速充放電等優點被廣泛應用。但鋰離子電池高溫下內部資料不穩定，會引發熱掉控，熱掉控的重要緣由有熱濫用(高溫)、電濫用(過充和過放等)和機械濫用(針刺、擠壓等)，條件濫用會觸發電池內部的副反應，導致溫度降低直至熱掉控。
對鋰離子電池熱掉控的研討凡是有仿真和實驗兩種方式，與實驗方式比擬，仿真可以節省大批人力物力，尤其對于年夜型電池和電池組，電池內部的溫度難以獲取，通過仿真就可以清楚電池內外的溫度差異；仿真可以獲得實驗難以測得的電池內部物質變化，更進一個步驟的從物質層面分析電池發生熱掉控時的反應機理，預測熱掉控的發展規律。
當前對鋰離子電池進行熱仿真重要有純熱模子、電-熱耦合模子和電化學-熱耦合模子。純熱模子只考慮電池的產熱和放熱，199包養網8年Hallaj等起首應用此方式對索尼18650電池進行建模，計算簡單但沒有考慮電池的電化學和電特徵。電-熱耦合模子結合了電池等效模子和內部產熱描寫電池的熱行為，2006年Kwon等結合Bernardi產熱模子樹立了電池的電-熱耦合模子，同樣沒有考慮電化學反應。電化學-熱耦合模子基于1962年Newman等提出的多孔電極理論計算化學產熱，將電化學模子和傳熱模子耦合起來計算電池的溫度場，具有更高的準確性但參數較多，計算復雜。對鋰離子電池熱掉控進行仿真凡是應用熱濫用模子，熱濫用模子是在電池熱模子的基礎上，定義電池發生熱掉控時重要的4種副反應作為熱源，預測電池在熱掉控下包養網的溫度分布。熱濫用模子按維度分歧可分為集總模子、一維模子、二維模子和三維模子，集總模子將電池參數集中到一點，計算量小但只能獲得電池的均勻溫度；一維模子將電池簡化為一條直線，假定電池每個標的目的結構單一均勻，預測該標的目的的溫度分布，可以表征圓柱電池徑向的溫度分布；二維模包養網子研討電池在某一截面上的溫度分布，可以用于圓柱電池徑向和軸向截面的仿真；與集總、一維和二維模子比擬，三維模子可以表征電池在空間上的溫度分布，但計算量較年夜。本文從熱掉控仿真、熱舒展仿真以及熱掉控仿真的應用三個方面闡述了鋰離子電池熱掉控仿真的發展現包養網ppt狀，對當前研討進行剖析和總結，指出了當前存在的問題和未來的包養甜心網發展標的目的。
1 熱掉控仿真
1.1 熱濫用仿真
電池的熱濫用即電池在高溫條件下應用，高溫熱源有環境熱和接觸熱兩種。電池遭到高溫影響時，SEI膜分化并放熱，隔閡熔化引發電池的內短路，電池溫度降低引發正負極與電解質的反應并觸發熱掉控，隨后電解質發生分化反應，使電池溫度敏捷降低。
對高溫環境引發的熱掉控進行仿真凡是用烘箱模子，即在熱濫用模子的基礎上，設置傳熱場溫度來模擬電池在高溫環境下發生熱掉控。王青松等樹立了磷酸鐵鋰電池的烘箱模子，獲得6種分歧溫度下引發電池熱掉控時電池的溫度變化(圖1)。結果表白溫度影響電池的熱掉控，高溫可以使熱掉控發生得加倍敏捷和劇烈。黃文才等樹立了方形鋰電池三維分層烘箱模子，發現較高的對流傳熱系數和初始溫度會使電池更快地進進熱掉控。但該模子中的電池層數較少，并未體現出實際電池卷繞的情況和熱量在分歧層之間的傳播情況。趙磊和寧凡雨等應用熱掉控模子研討了NCM111、NCM523、NCM622、NCM811電池的0.1 C充放電曲線和溫度-升溫速度曲線(圖2)。發現高Ni正極資料有助于電池儲存更多能量，但加劇了電池的不穩定性，電池更易發生熱掉控且放熱加倍劇烈。但文獻中樹立的電池一維模子只能計算電池某一標的目的上的熱行為，不具備空間表現才能，可以用來模擬圓柱電池軸向或徑向的溫度分布。
對部分熱源接觸進行模擬仿真時，是通過在電池概況某地位定義點熱源模擬電池因接觸熱引發的熱掉控。Kr包養網iston等樹立了鋰離子電池熱濫包養用集總模子，通過概況熱源和內包養短路觸發熱掉控。研討發現，影響熱掉控劇烈水平的重要緣由是觸發能量和短路電阻，電池自時，他們湧入她的社交媒體，詢問她的理想伴侶。毫無產熱重要來源于正極和電解質的反應以及電解質本身的分化反應。徐曉明等樹立了方型鋰電池的部分熱源接觸模子，研討發現單個極耳加熱時電池未發生熱掉控，同時加熱正負極極耳時，電池發生了熱掉控，并向電池其他區域舒展。Xu等樹立了圓柱電池的三維熱濫用模子，模擬部分高溫熱源觸發電池熱掉控的過程。研討發現隨著電池概況散熱系數的增年夜，電池溫升速度減慢，副反應的產熱速度峰值延遲。進步正極資料的熱穩定性可以進步正極與電解質反應發生的溫度，延緩熱掉控的發生，但峰值溫度會變高。Tang等樹立了熱濫用模包養網子，用電池概況部分熱源觸發熱掉控，通過對冷卻時間的剖析，發現負極資料與電解質的反應是電池發生熱掉控最重要的熱量來源，對電池負極散熱能有用克制熱掉控的發生。Hu等樹立了具有分層結構的熱濫用模子，卻得出了相反的結果，如圖3所示。通過部分熱源接觸引發電池包養情婦的熱掉控，觀察電池在分歧散熱溫度下內部各副反應的變化情況。研討表白，熱掉控的重要溫度來源是正極與電解液之間發生的副反應，對電池進行冷卻可以改變熱掉控發生的時間和溫度，但不克不及有用地克制熱掉控的發生。
當前高溫熱掉控模子已成為常用的鋰離子電池模子。以上研討中，學者們通過樹立電池的熱烘箱模子和部分熱源接觸模子，研討了溫度、散熱條件和正極資料等對電池熱掉控的影響，在保證結果精確度的情況下有用節省了實驗本錢。但以上研討頂用到的電池模子各不雷同，集總模子疏忽了電池在空間上的溫度梯度，三維模子計算量年夜，且參數難以測量，使電池模子的樹立加倍困難。
1.2 機械濫用仿真
機械濫用也是引發電池熱掉控的常見誘因，鋰離子電池遭到碰撞、擠壓等力學傷害時會產生形變，內部隔閡決裂，正負極之間短接發生內短路，放出大批的熱引發電池的熱掉控。
針刺是常見的機械濫用情勢，電池遭到針刺時，因刺針的侵進，在電池內部構成了內短路，重要有正負極活性資料、正極活性資料-負極集流體、負極活性資料-正極集流體、正負極集流體4種短路方法。當前研討中對針刺引發的熱掉控進行仿真，凡是是在電池的某一地位加個小電阻，模擬因刺針進侵部門導電觸發的內短路，研討電池在分歧針刺條件下的熱掉控。Wang等樹立了電池針刺內短路的三維模子，仿真了分歧的SOC和刺針直徑下電池的熱掉控，發現鋼釘直徑不僅會影響電池的短路電流，同時也是電池的一個散熱途徑。未發生熱掉控時，鋼釘重要起散熱感化。發生熱掉控時，鋼釘四周因短路產生大批的熱。崔志仙以絕緣她希望伴侶能陪伴在身邊、照顧家庭，但陳居白處於資料聚甲醛作為刺針，對電池進行針刺內短路模擬，研討表白絕緣資料惹起的熱掉控是由于正負極集流體產生變形和毛刺惹起了內短路，其熱掉控過程較慢且不穩定。當前對針刺熱掉控的仿真模子已經可以較為準確地反應電池發生熱掉控時的熱行為，但模子需求實驗數據的支撐，針刺部位的導電參數難以量化，模子通用性不強。
擠壓是另一種常見的機械濫用情勢，電池遭到擠壓時發生機械變形，隔閡決裂引發正負極之間的內短路，最終引發熱掉控。學者們對擠壓熱掉控進行仿真時，凡是需求與力學模子耦合，將力學的結構掉效和電池內部的導電情況聯系起來，在電池的某一區域設置小電阻，模擬隔閡決裂區域發生的短路。Wang等提出一種基于結構損傷的機械-電化學-熱耦合模包養俱樂部子，將力學模子計算的幾何變形與鋰離子電池相結合，通過內短路模子計算發熱功率并反應到三維熱模子中。從力學角度解釋了圓柱型鋰離子電池在機械濫用下的掉效機理，短路產生的歐姆熱是短時間內溫度上升的重要熱源。Lee等提出了一種雙向非線性機-電-熱耦合電池模子剖析方式，研討鋰離子電池在準靜態壓痕下由內短路惹起的熱掉控。力學模子計算機械變形，電包養站長化學模子計算產熱，傳熱模子計算熱量在電池中的分布。研討發現，隨著壓頭直徑的增年夜，內短路發生的地位偏離壓頭中間，短路電流呈減小趨勢，熱掉控的峰值溫度也越低。Liu等樹立了軟包電池的機-電-熱耦合模子，該模子包含電化學模子、力學模子、短路模子和熱模子4個子模子，耦合方法如圖4所示。試驗結果表白，短路時的熱源重要是短路地位的焦耳熱，由于負極電阻要高于正極，所以負極層產熱較年夜；短路的地位、掉效層數和破壞面積也對產生熱量有著顯著影響。當前對擠壓熱掉控的研討同針刺熱掉控類似，都是在結構決裂引發的內短路和電包養站長池熱掉控之間樹立聯系，但擠壓引發的結構破損形狀不規則，惹起的電阻變化加倍難以測量。
從以上的研討中可以看出，機械濫用條件下鋰離子電池的掉效機理分歧于熱濫用、電濫用等其他濫用條件，機械濫用觸及到機械、內短路、電化學和熱等多學科的耦合，今朝急切需求對動力電池在機械濫用條件下的掉效機理進行深刻的研討，在多物理耦合模子和實驗數據的基礎上，闡明其掉效機理，進步電池的平安性。
1.3 電濫用仿真
電濫用重要包含過充和過放。當電包養池達到滿電狀態后繼續充電，大批鋰離子從正極活性資料中脫嵌，穿過隔閡嵌進負極，負極會產生金屬鋰枝晶，形成內短路，引發電池的熱掉控。電池達到最低放穩定，對他滿口稱讚。電電壓后繼續放電時，負極集流體會消融成二價銅離子，通過電解質到達電位更低的正極，構成銅枝晶，正負極短接導致熱掉控。
在當前對電濫用仿真的研討中，部門學者用等效電路模子對過充/過放進行仿真，以實驗數據為依托對模子進行擬合，進步模子的準確性，再將等效電路模子與熱模子耦合起來，研討電池的熱分布。朱艷麗等用三維熱電耦合模子模擬了電池在分歧充電電流下過充引發的熱掉控，發現充電倍率會影響電池發生熱掉控時的臨界時間、臨界溫度和熱分布。充電電流越年夜，熱掉控發生的時間越短，臨界溫度越高，區域溫差越年夜。Hosseinzadeh等樹立了由多個單元串并聯組成的電池組模子，每個單元包含一個一階的等效電路模子和在Matlab/Simscape中運行的熱模子。通過研討電池組結構、電池數量、電阻、容量等分歧原因對電池的影響，發現電池容量會影響電池組的不均勻性，間接性的惹起電池的過充或過放進而影響電池的平安。等效電路模子如圖5所示。
電濫用實際上是由枝晶生長導致包養甜心網的內短路引發的電池熱掉控，隨著對電濫用研討的不斷深刻，近年來也有學者從枝晶生長的角度對電池的電濫用熱掉控進行了仿真。王青松等樹立了分層的電化學-熱耦合模子，通過改變鋰枝晶半徑、數量和中間距，發現鋰枝晶半徑越年夜、數量越多、中間距越年夜，其熱掉控發生的就會越快越劇烈。但該模子假定發生熱掉控時電池電壓不變，仿真與試驗結果在數據上存在必定誤差。Wang等提出了一種低導熱和低導電的聚甲醛刺針，樹立了電池的三維模子預測電池遭到針刺時的的熱掉控。研討發現，在聚甲醛刺針穿透電池的過程中，集流體破損形成的毛刺和導電顆粒引發內短路，正負極集流體的鋁銅短路占主導，是以該模子也可以用來模擬枝晶生長和集流體邊緣毛刺惹起的內部短路。
當前研討中，對電濫用的仿真可以歸結為兩種：等效電路-熱耦合(或電-熱耦合)模子和枝晶生長包養管道模子。兩種模子都是電模子與熱模子的耦合模子，前者通過電池等效電路模子計算電池發生熱掉控時的熱行為，后者通過電池內短路模子模擬電濫用引發的熱掉控。應用內短路模子模擬枝包養晶生長引發的熱掉控，其道理與針刺熱掉控類似，但電池在電濫用條件下的枝晶參數難以獲得，需求實驗數據的支撐。
2 熱舒展仿真
年夜型用電設備如電動汽車的電池包凡是是多塊電池組成的電池組，電池組中某一電池發生熱掉控時，熱量會敏捷傳給周邊電池引發整個電池組的熱掉控，這個過程稱為熱舒展。熱舒展是引發電池組熱掉控的常見誘因，隨著用電設備的普及，學者們針對電池組的平安性展開了研討。因年夜型電池組具有體積年夜、本錢高、溫度梯度年夜等問題，通過試驗并不克不及很好的研討電池熱行為，仿真成為重要的研討手腕，對熱舒展的研討凡是在兩個方面：熱舒展的影響原因以及若何克制熱舒展。
為研討熱舒展的影響原因，學者們樹立了電池組的仿真模子，通過改變電池的任務環境，研討了分歧條件對電池組熱舒展的影響。李頂根等用C++模擬電池組的熱掉控行為，以掉控傳播時間間隔為評價熱治理系統的機能指標，研討發現相變資料的導熱率對電池組熱舒展影響較年夜。王兵用電池組的烘箱包養網模子研討熱掉控在電池組中的熱舒展情況。通過改變電池間距，獲得了間距跟熱舒展之間的函數關系。張亞軍等樹立了5并電池模組熱擴散模子，對電池組進行烘箱加熱仿真，研討發現導熱系數低的隔熱包養資料可以有用地禁止熱掉控的熱量在電池之間的傳播，高對流換熱系數會加快熱量傳播。
熱舒展會引發的電池組的熱掉控，迫害性命財產平安，且電池組中包養溫度分布不均勻會影響電池壽命。為克制熱舒展，保證電池組的壽命和平安，學者們對電池組散熱系統展開研討。Zhao等從若何把持熱掉控在電池之間的傳播進手，通過試驗和仿真研討了九宮格柵玻璃纖維隔斷封裝的電池熱掉控膨脹和傳播情況，發現必定厚度的玻璃纖維能有用克制熱掉控的傳播，并獲得了熱掉控電池概況溫度與電池間距、玻璃纖維隔板厚度的擬合關系函數。李頂根等樹立了鋰電池模組熱電耦合模子，通過改變充放電倍率，研討電池包養網VIP組中液冷管排數和填充資料對熱舒展的克制後果。Wang等樹立包養了電池組的一維三維耦合模子，模擬水泵液冷對電池組的冷卻後果，耦合方法如圖6所示。研討表白，石墨可以有用進步電池組的散熱機能，但資料厚度對電池組的不均勻性并無影響。年夜斜率的線性冷卻戰略可以有用散熱，初始溫度跟穩定溫度之間的差異也會影響電池組的冷卻後果。
當前已有良多學者對電池組進行了仿真包養，以上學者的研討中，通過設置分歧的環境，研討了熱量在電池組內的舒展情況；通過給電池組添加散熱和導熱裝置，設計了電池組的熱治理系統。但當前對于電池組的研討，年夜多以方型電池為研討對象，圓柱電池因其概況為曲面，與導熱、散熱裝置貼合不緊密，在電池組中電池之間的空地較年夜，給散熱系統的設計帶來困難，對圓柱電池組的研討相對較少，未來研討可從該標的目的展開。
3 熱掉控仿真的應用
近年來電池熱掉控的仿真發展敏捷，在應用層面也有了必定的進展。在電池的設計過程中，凡是需求提早計算電池能夠發生的熱掉控，預測電池的平安機能。
對電池熱掉控的研討中，無論是實驗方式還是仿真方式，都需求先通過實驗獲取電池數據，才幹保證結果的準確，但鋰離子電池模子搭建是一個復雜的過程，需求定義電池任務的物理場和邊界條件，對模子進行網格劃分，進行離散化求解。為了更便利地預算電池溫度，近年一些學者開始摸索通過函數關系預測電池熱行為的方式。黃文才樹立包養意思了鋰離子電池電化學-熱耦合模子，剖析了電池在高溫、手離開座位，立刻衝了過來。 「錄音仍在進行中；參賽針刺內短路、過充等工況下的熱行為，并用格林函數推導了針刺短路時的溫度方程，能夠比較公道準確的預測電池熱行為。Hu等將電場和熱場相結合樹立電池的三維內短路模子，探討分歧的穿刺地位對針刺熱掉控的影響，基于格林函數法給出了計算電池在針刺熱掉控下計算溫度分布的半解析解。張勝樹立了融會可變內部熱容和內部熱阻模子的簡化可變參數熱模子，提出一種內部溫度估計方式。Wang等樹立了鋰離子電池機械-熱耦合模子，通過引進應力應變曲線與楊氏模量，模擬了軟包電池任務時發生的形變量和溫度變化。該模子可以預測電池的膨脹應力，用來指導電池模組的設計。
以上研討中對鋰離子電池熱掉控的估計方式都能比較準確地預測鋰離子電池的熱行為，但因為電池種類單一，結構復雜，參數也難以獲得，當前的電池預測模子通用性不強。當前對電池行為的預測都是基于實驗數據和仿真結果，將其擬分解函數關系，貼近實際結果但對實驗比較依賴，且沒有考慮電池內部的化學變化。
4 結論
當前對鋰離子電池熱掉控的研討已經不再局限于熱平安問題的概況研討，需求更深刻研討熱掉控發生時的內部擴展進程，熱掉控模子因其獨有的優勢已成為鋰離子電池熱掉控研討的主要手腕，包養今朝鋰離子電池熱掉控仿真的進展總結如下。
（1）高溫熱掉控仿真通過定義電池在高溫下的四種重要副反應模擬電池熱掉控，獲得了電池在分歧熱濫用工況下笑容甜美，語氣嬌嗔，應該是在跟男朋友打電話吧。副反應發生的順序、放熱量、劇烈水平以及相關物質的變化趨勢。但電池在高溫下隔閡熔化引發內短路放出的熱量并未計算在此中，熱掉控過程中的其他副反應放熱也凡是被疏忽。未來的研討應對電池熱掉控的產熱機理進行更深一個步驟地剖析，樹立更精確的熱濫用模子。
（2）對電池機械濫用的仿真凡是用三維的內短路模子，通過在正負極之間加一個內阻較小的金屬塊模擬電池隔閡決裂惹起的內短路，能夠比較準確地模擬出電池因機械濫用引發的熱掉控。可是當前針刺熱掉控仿真凡是假設電池在針刺的瞬間便被穿透，并未對穿透過程中反應的變化進行仿真，也未能模擬出電池遭到針刺時電壓失落落的現象，隔閡決裂和遭到擠壓區域的接觸電阻也難以量化。后續任務應加年夜對針刺過程和接觸電阻的研討，使機械-電化學-熱耦合模子加倍台灣包養網完美。
（3）電濫用的實質是枝晶穿透隔閡引發的內短路，對電濫用進行仿真凡是采用等效電路模子或 TC:
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